Више од 100 година астрономи посматрају знатижељну звезду која се налази око 190 светлосних година од Земље у сазвежђу Вага. Брзо путује небом брзином од 800.000 мпх (1.3 милиона километара на сат). Али што је занимљивије од тога, ХД 140283 - или Метушалах као што је опште познато - је такође једна од најстаријих познатих звезда свемира.
Научници су 2000. године покушали да упознају звезду користећи запажања путем сателита Хиппарцос Европске свемирске агенције (ЕСА), који је проценио старост од 16 милијарди година. Таква фигура била је прилично упечатљива и такође прилично збуњујућа. Као што је истакао астроном Ховард Бонд са Државног универзитета у Пенсилванији, старост свемира - одређено на основу посматрања космичке микроталасне позадине - је 13,8 милијарди година. "То је било озбиљно одступање," рекао је.
Узимајући у номиналну вредност, предвиђена старост звезде створила је велики проблем. Како би звезда могла бити старија од свемира? Или, обрнуто, како би универзум могао бити млађи? Свакако је било јасно да је Метуселах - назван у вези с библијским патријархом за кога се прича да је умро у доби од 969. године, чинећи га најдужим животом свих фигура из Библије - стар, пошто је субстанција сиромашна металима претежно направљена од водоника а хелијум и садржи веома мало гвожђа. Састав му је значио да је звезда морала настати пре него што је гвожђе постало уобичајено.
Али више од две милијарде година старије од окружења? Сигурно да то једноставно није могуће.
Поближе погледајте доба Метузалема
Бонд и његове колеге поставили су себи задатак да утврде да ли је тачна почетна цифра од 16 милијарди тачна или не. Они су поредили преко 11 скупова опажања која су током 2003. и 2011. године снимљени сензори за прецизно навођење Свемирског телескопа Хуббле, који бележе положаје, растојања и енергетску снагу звезда. Добијањем мерења паралаксе, спектроскопије и фотометрије може се утврдити бољи осећај старости.
"Једна од несигурности са старошћу ХД 140283 била је тачна удаљеност звезде", рекао је Бонд за Алл Абоут Спаце. "Било је важно да се ово исправно изврши, јер боље можемо да утврдимо његову блиставост, а од тога и њену старост - што је сјајнија унутарња светлост, млађа је звезда. Тражили смо ефекат паралаксе, што је значило да звезду гледамо шест месеци осим да тражимо промену свог положаја услед орбиталног кретања Земље, што нам говори удаљеност. "
Такође су постојале нејасноће у теоријском моделирању звезда, попут тачних брзина нуклеарних реакција у језгри и важности елемената који се шире у доњим слојевима, калемише он. Радили су на идеји да остатак хелијума дифундира дубље у језгру, остављајући мање водоника да сагорева нуклеарном фузијом. Када се гориво брже користи, старост се смањује.
"Други фактор који је био важан била је, између осталог, количина кисеоника у звезди", рекао је Бонд. ХД 140283 имао је већи однос него што је било предвиђено, однос кисеоник-гвожђе и пошто кисеоник није био у свемиру неколико милиона година, поново је указао на ниже доба звезде.
Бонд и његови сарадници проценили су да ће старост 140 1403 ХД бити 14,46 милијарди година - што је значајно смањење на 16 милијарди раније тражених. То је, додуше, било више од самог доба свемира, али научници су представљали преосталу неизвесност од 800 милиона година, што је Бонд рекао да је старост звезде компатибилна са годинама свемира, иако није била у потпуности савршена .
"Као и све измерене процене, и он подлеже и случајним и систематским грешкама", рекао је физичар Роберт Маттхевс са Универзитета Астон из Бирмингхама у Великој Британији, који није био укључен у студију. "Преклапање у шипкама грешака даје неку назнаку вероватноће сукоба са космолошким одређивањима старости", рекао је Метјуз. "Другим речима, најбоље подржано доба звезде је у конфликту с оним за изведено доба свемира, а сукоб се може решити само померањем линија грешака до крајњих граница."
Даљњим усавршавањима старост ХД 140283 је пала нешто више. Праћење из 2014. године ажурира старост звезде на 14,27 милијарди година. "Закључак је постигнут да је старост око 14 милијарди година и, опет, ако се укључе сви извори неизвесности - и у опсервационим мерењима и у теоријском моделирању - грешка је око 700 или 800 милиона година, тако да нема сукоба. јер се 13,8 милијарди година налази у траци грешке звезде ", рекао је Бонд.
Приближе сагледавању доба свемира
За Бонда, сличности између доба свемира и старе старе оближње звезде - обе су одређене различитим методама анализе - је невероватно научно достигнуће које пружа врло јаке доказе за слику Великог праска универзума ". Рекао је да је проблем са старошћу најстаријих звијезда далеко мање озбиљан него што је био деведесетих година прошлог вијека када су се звијездане године приближиле 18 милијарди или, у једном случају, 20 милијарди година. "Са несигурностима одређења, године се сада слажу", рекао је Бонд.
Ипак, Маттхевс вјерује да проблем још увијек није ријешен. Астрономи на међународној конференцији врхунских космолога Института за теоријску физику Кавли у Санта Барбари, Калифорнија, у јулу 2019. године збуњивали су студије које су предложиле различите старосне векове за свемир. Гледали су мерења галаксија које су релативно у близини, што сугерира да је свемир млађи стотинама милиона година у поређењу са старошћу одређеном космичком микроталасном позадином.
Заправо, далеко од 13,8 милијарди година, како је процењено детаљним мерењима космичког зрачења европским свемирским телескопом 2013. године, свемир може бити стар чак 11,4 милијарде година. Један од оних који стоје иза студија је нобеловац Адам Риесс са Института за свемирски телескоп у Балтимору, Мериленд.
Закључци се заснивају на идеји о свемиру који се шири, што је 1929. показао Едвин Хуббле. Ово је од суштинског значаја за Велики прасак - разумевање да је једном постојала топла густина која је експлодирала, растежући простор. То указује на почетну тачку која би требала бити мерљива, али свежи налази сугерирају да је стопа експанзије заправо око 10% већа од оне коју је предложио Планцк.
Заправо, Планцков тим утврдио је да брзина експанзије износи 67,4 км у секунди по мегапарсеку, али новија мерења брзине ширења свемира указују на вредности 73 или 74. То значи да постоји разлика између мерења колико брзо универзум се данас шири и предвиђања колико брзо би требало да се шири на основу физике раног универзума, рекао је Риесс. То доводи до поновне процене прихваћених теорија, а истовремено показује да има још много тога за научити о тамној материји и тамној енергији, за коју се мисли да стоји иза ове загонетке.
Виша вредност за Хуббле Цонстант указује на краће доба универзума. Константа од 67,74 км у секунди по мегапарсеку довела би до старости од 13,8 милијарди година, док би једна од 73, или чак висока чак 77 као што показују неке студије, указивала на свемирско доба не веће од 12,7 милијарди година. То је неусклађеност која још једном сугерира да је ХД 140283 старији од свемира. Од тада је такодје потиснута студија из 2019. године објављена у часопису Сциенце која је предложила Хуббле Цонстант од 82,4 - што сугерише да је старост свемира само 11,4 милијарде година.
Метјуз верује да одговори леже у већој космолошкој прецизности. "Сумњам да су посматрачки космолози пропустили нешто што ствара овај парадокс, уместо звјезданих астрофизичара", рекао је, указујући на то да су мјерења звијезда можда тачнија. "То није зато што су космолози ни на који начин слојнији, већ зато што одређивање старости свемира подлеже већој и вероватно тежијој проматрачкој и теоријској неизвесности од оне звезде."
Па, како ће научници то схватити?
Шта би могло учинити да се свемир потенцијално чини млађим од ове конкретне звезде?
"Постоје две опције, а историја науке сугерише да је у таквим случајевима реалност комбинација обеју", рекао је Метјуз. "У овом случају то би били извори посматрачке грешке која није у потпуности схваћена, плус неке празнине у теорији динамике свемира, као што је снага тамне енергије, која је била главни покретач космичке експанзије. већ неколико милијарди година. "
Предлаже могућност да тренутни „старосни парадокс“ одражава временску варијацију тамне енергије, а самим тим и промену брзине убрзања - постоји могућност да су теоретичари били компатибилни са идејама о основној природи гравитације, попут тзв. теорија каузалних скупова. Ново истраживање гравитационих таласа могло би помоћи у рјешавању парадокса, рекао је Маттхевс.
Да би то учинили, научници би проматрали таласе у ткиву простора и времена које су створили парови мртвих звезда, уместо да се ослањају на космичку микроталасну позадину или надгледање околних објеката као што су цефидске променљиве и супернове како би измерили константу Хуббле-а - први је резултирао брзином од 67 км у секунди по мегапарсеку, а други у 73.
Проблем је што мерење гравитационих таласа није лак задатак, с обзиром да су први пут директно детектовани тек 2015. Али према Степхену Феенеиу, астрофизичару из Института Флатирон у Њујорку, пробој би могао да се учини током наредна деценија. Идеја је да се прикупе подаци од судара између парова неутронских звезда помоћу видљиве светлости коју ови догађаји емитују како би се утврдила брзина којом се крећу у односу на Земљу. Такође укључује анализу резултирајућих гравитационих таласа за идеју растојања - оба се могу комбиновати да би се добило мерење константе Хуббле-а које би требало да буде најтачније до сада.
Мистерија доба ХД 140283 доводи до нечега већег и научно сложенијег, мењајући разумевање како свемир функционише.
"Највјероватнија објашњења парадокса су неки превидјени посматрачки ефекат и / или нешто велико што недостаје нашем разумијевању динамике космичке експанзије", рекао је Маттхевс. Управо оно што је "нешто" сигурно је да ће астрономи бити изазов неко време.
Додатна средства:
